Li-Mn-O體系鋰離子電池正極材料的合成及結構研究.pdf

1、武漢理工大學博士學位論文Li-Mn-O體系鋰離子電池正極材料的合成及結構研究姓名：趙世璽申請學位級別：博士專業(yè)：材料學指導教師：劉韓星20020101熱方法幾十個小時所達不到的效果。用毫米波合成尖晶石正極材料所須時問僅為溶膠凝膠法的1 ／7 2 ，固相法的1 ／1 5 0 左右。與固相法相比毫米波合成技術有利于消除產(chǎn)物中的雜相，與溶膠一凝膠法相比能促進產(chǎn)物晶粒發(fā)育和生長，且粒度均勻，晶粒尺寸適中。在重點研究尖晶石結構L i M n 2

2、0 。正極材料的基礎上，對目前國內(nèi)外研究較少的另一類鋰錳氧化物正極材料——層狀L i M n 0 2 的合成工藝進行了探索性研究。這一類正極材料因其較高的理論容量日益引起人們的關注和興趣。在平衡條件下L i M n 0 2 總是以斜方結構存在，目前為止，還不能通過高溫固相反應直接合成出純的層狀L i M n 0 2 。根據(jù)目前的研究結果，層狀L i M n 0 2 不僅容量高，而且循環(huán)性能也比尖晶石L i M n 2 0 4 優(yōu)良，但由

3、于合成困難限制了它的發(fā)展。本文在L i M n 0 2 正極材料研究中，采用溶膠．凝膠法研究了平衡條件下L i M n O ：化合物的存在狀態(tài)，及陽離子摻雜對其結構的影響。結果表明，在平衡條件下，不可能得到直接合成出層狀結構的L i M n O ：。在空氣氣氛中合成只能得到尖晶石結構的L i M n 2 0 4 和巖鹽結構的L i 2 M n 0 3 的兩相混合物，在氬氣或弱還原氣氛下則得到單相的斜方L i M n 0 2 ，純斜方L

4、i M n 0 2 在7 5 0 ．9 2 0 。C 范圍內(nèi)都是穩(wěn)定的。陽離子( C o “ 和Z n ”) 摻雜在高溫下將使L i M n 0 2 由斜方結構轉變?yōu)? 1 ．L i F e 0 2 結構。電化學性能測試表明，斜方L i M n 0 2 正極材料在循環(huán)過程的初期容量較低，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，容量逐步增大，到一定值后趨于穩(wěn)定。低溫合成的斜方L i M n 0 2 的容量高于高溫合成的容量。在此基礎上著重分析了影響層狀L i

5、 M n 0 2 結構穩(wěn)定性的因素，以及層狀A 、M n 0 2 化合物的結構特點，首次采用溶膠一凝膠法在空氣氣氛中7 5 0 。C 處理1 小時，成功地合成了P 2 型層狀結構的B ．N a o 7 M n l 一x M ，0 2 ( M = C o ，Z n ) ，然后通過離子交換將B- N a o7 M n t - x M 。0 2 ( M = C o ，Z n ) 轉換成了0 2 型的層狀L i v M n l x M ，0 2